一种三元复合光催化纳米反应器及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种三元复合光催化纳米反应器及其制备方法和用途，制备步骤如下：步骤1、制备g‑C3N4光催化剂；步骤2、制备二元复合光催化材料Fe3O4/g‑C3N4；步骤3、制备三元复合光催化纳米反应器SiO2/Fe3O4/g‑C3N4。本发明专利技术描述了一种三元复合光催化纳米反应器SiO2/Fe3O4/g‑C3N4及其制备方法及其用途，g‑C3N4是一种新型有机可见光催化剂，同样，Fe3O4纳米粒子具有优异的磁性及导电性能。本发明专利技术制备的三元复合光催化纳米反应器具有很好的稳定性和光催化活性。

Three element composite photocatalysis nano reactor and preparation method and application thereof

The invention provides a three element composite nano photocatalytic reactor and its preparation method and application thereof. The preparation process includes the following steps: Step 1, preparation of G C3N4 photocatalyst; step 2, the preparation of two element composite photocatalyst Fe3O4/g C3N4; step 3, the preparation of three element composite nano photocatalytic reaction SiO2/Fe3O4/g C3N4. The invention describes a three element composite nano photocatalytic reactor SiO2/Fe3O4/g C3N4 and its preparation method and use thereof, G C3N4 is a new type of organic photocatalyst, similarly, Fe3O4 nanoparticles have excellent magnetic and conductive properties. The three element composite photocatalytic nano reactor prepared by the invention has good stability and photocatalytic activity.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光催化剂，特指一种三元复合光催化纳米反应器及其制备方法和用途。
技术介绍
近年来，由于抗生素药物的不合理利用，对环境产生了较大的危害，以四环素类抗生素为例。四环素类抗生素(TetracyclineAntibiotics,TCs)是由放线菌属产生的或半合成的一类广谱性抗菌药物，主要包括四环素、土霉素和金霉素，在促进畜禽生长、提高饲料报酬、疾病防治等方面发挥着重要作用。由于畜禽养殖业的需要造成滥用四环素类药物的情况时有发生，而养殖业大量使用抗生素最终导致养殖产品抗生素残留。因此给人和动物的健康带来潜在的危害，实践证明抗生素进入人或是动物体内后，大约70％不能被吸收，而是以母体化合物的形式直接被排出体外，并随粪便进入到城市的污水处理系统。由于各种污水处理过程对污水中的这类物质不起作用或作用很少，最终被排放到环境中，对环境污染构成潜在威胁(如：遗传变异、抗药性、双重感染、毒理性和过敏性反应等，尤其是因抗药性引发了超级细菌的出现，引起了全世界的关注)。许多研究报告表明抗生素已广泛存在土壤、地表水、地下水、沉积物、城市污水以及动物排泄物氧化塘中。因此，消除环境中抗生素残留带来的环境污染和食物链产品安全等问题已是科研工作者迫切需要解决的重大问题。目前，国内外用于抗生素残留处理的研究起步均比较晚，主要的方法有：物理处理方法、化学处理方法、生物处理方法以及多种方法的组合。这些方法各有独特优点，也各有其局限性。光催化技术(PhotocatalysisTechnology)以半导体材料为光催化剂，自然光作为激发，通过与污染物分子的界面相互作用实现特殊的催化或转化效应，使周围的氧气及水分子激发成极具氧化力的自由负离子，从而达到降解环境中有害有机物质的目的，该方法不会造成资源浪费与附加污染的形成，且操作简便，是一种绿色环保的高效处理技术。近年来，g-C3N4的作为新型有机半导体材料引起了人们的广泛关注，主要是由于g-C3N4具有良好的化学稳定性及可直接利用可见光等优点，因而在光催化氧化环境污染物等方面具有广阔的前景。但是由于其光能利用率低、难回收、电子-空穴易复合等缺点使其应用受到限制。为了弥补以上两个缺点，现有报道中(SantoshKumar,SurendarT,BharatKumar,etal.SynthesisofMagneticallySeparableandRecyclableg-C3N4-Fe3O4HybridNanocompositeswithEnhancedPhotocatalyticPerformance.J.Phys.Chem.C2013,117,26135-26143)，将四氧化三铁与氮化碳相结合，可以有效提高复合催化剂的光催化活性。以及(WeibingLi,ChangFeng,et.Al.Fabricationofsulfur-dopedg-C3N4/Au/CdSZ-schemephotocatalysttoimprovethephotocatalyticperformanceundervisiblelight.AppliedCatalysisB:Environmental168-169(2015)465–471)报道了g-C3N4/Au/CdSZ型异质结光催化剂对RhB的光催化降解。但是，上述报道中一方面四氧化三铁容易脱落性能不稳定，而且g-C3N4/Au/CdS的合成成本较高。另一方面以上所制备的复合材料光催化活性仍有待提高。本文成功制备了低成本高稳定性的介孔SiO2包覆的SiO2/Fe3O4/g-C3N4复合光催化纳米反应器。研究发现介孔SiO2作为透明层可增强对目标物的吸附位点，对光催化反应提高微环境，使光催化降解过程连续，且可有效保护Fe3O4/g-C3N4，增强复合体系的稳定性。
技术实现思路
本专利技术已经考虑到现有技术中出现的问题，目的在于提供一种制备高效稳定性高的复合光催化材料及其制备方法和用途，能够很好的降解环境废水中的四环素，具有原料低廉、性能稳定、连续催化等的特点。本专利技术采用的技术方案是：一种三元复合光催化纳米反应器，是由介孔二氧化硅、四氧化三铁和氮化碳复合而成的复合光催化材料SiO2/Fe3O4/g-C3N4；Fe3O4/g-C3N4作为主体催化材料，SiO2作为主体催化材料的保护层覆盖于Fe3O4/g-C3N4表面。一种三元复合光催化纳米反应器的制备方法，包括如下步骤：步骤1、制备g-C3N4光催化剂：将三聚氰胺置于瓷坩埚中，再放入马弗炉内煅烧；待煅烧结束降至室温后取出并研细，即得到g-C3N4光催化剂，保存备用；步骤2、制备二元复合光催化材料Fe3O4/g-C3N4：将g-C3N4分散在乙二醇中并超声，制得g-C3N4的悬浮液；将Fe(NO3)3·9H2O、PVP、PEG、和CH3COONa·3H2O分别溶解在g-C3N4的悬浮液中，得到混合液A；将混合液A继续超声至充分溶解，然后转移至聚四氟乙烯反应釜中恒温热反应；反应完毕后，将得到的沉淀物Fe3O4/g-C3N4收集，用去离子水和无水乙醇对产物进行洗涤，真空烘干，即得到二元复合光催化材料Fe3O4/g-C3N4；步骤3、制备三元复合光催化纳米反应器SiO2/Fe3O4/g-C3N4：将Fe3O4/g-C3N4磁性光催化剂加入到去离子水和乙醇混合溶液中搅拌均匀；然后加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、正硅酸乙酯和氨水并继续搅拌反应一段时间得到混合液B，最后将混合液B中得到的固体转移到索氏提取器中，将CTAB模板去除，得到三元复合光催化纳米反应器SiO2/Fe3O4/g-C3N4。步骤1中，所述在马弗炉内煅烧的方法为：在空气气氛下，在500℃下恒温保持2h，然后在550～600℃下恒温保持1h，升温速率均为2.3～4℃/min。步骤2中，制备混合液A时，所使用的g-C3N4、乙二醇、Fe(NO3)3·9H2O、PVP、PEG、和CH3COONa·3H2O的用量比为：1.0～3.0g:30～35mL:0.5～1g:0.005～0.01g:0.3～0.5g:0.1～0.5g，恒温热反应温度为180～200℃，反应时间为8～10h。步骤3中，制备混合液B时，所使用的Fe3O4/g-C3N4、去离子水、无水乙醇、CTAB、正硅酸乙酯和氨水的用量比为：0.1～0.3g:100mL:100mL:0.05～1.5g:0.01mL～1.0mL:0.05～1.0mL；在进行索氏提取过程中，所使用的混合液为丙酮和乙醇的混合溶液，所述丙酮和乙醇的混合溶液中，丙酮和乙醇的体积比为1:1，所述索氏提取的提取温度为60～80℃，提取时间为30～50h。所述三元复合光催化纳米反应器SiO2/Fe3O4/g-C3N4用于光催化降解四环素。本专利技术的技术效果为：(1)本专利技术描述了一种三元复合光催化纳米反应器SiO2/Fe3O4/g-C3N4及其制备方法及其应用，g-C3N4是一种新型有机可见光催化剂，同样，Fe3O4纳米粒子具有优异的磁性及导电性能。另外，介孔SiO2作为透明材料具有较好的透光性，及较大的比表面积可增强对污染物的吸附性，同时在光催化过程中可提供多个较小的微环境，使光在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三元复合光催化纳米反应器，其特征在于，所述三元复合光催化纳米反应器是由介孔二氧化硅、四氧化三铁和氮化碳复合而成的复合光催化材料SiO2/Fe3O4/g‑C3N4；Fe3O4/g‑C3N4作为主体催化材料，SiO2作为主体催化材料的保护层覆盖于Fe3O4/g‑C3N4表面。

【技术特征摘要】
1.一种三元复合光催化纳米反应器，其特征在于，所述三元复合光催化纳米反应器是由介孔二氧化硅、四氧化三铁和氮化碳复合而成的复合光催化材料SiO2/Fe3O4/g-C3N4；Fe3O4/g-C3N4作为主体催化材料，SiO2作为主体催化材料的保护层覆盖于Fe3O4/g-C3N4表面。2.权利要求1所述的一种三元复合光催化纳米反应器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、制备g-C3N4光催化剂：将三聚氰胺置于瓷坩埚中，再放入马弗炉内煅烧；待煅烧结束降至室温后取出并研细，即得到g-C3N4光催化剂，保存备用；步骤2、制备二元复合光催化材料Fe3O4/g-C3N4：将g-C3N4分散在乙二醇中并超声，制得g-C3N4的悬浮液；将Fe(NO3)3·9H2O、PVP、PEG、和CH3COONa·3H2O分别溶解在g-C3N4的悬浮液中，得到混合液A；将混合液A继续超声至充分溶解，然后转移至聚四氟乙烯反应釜中恒温热反应；反应完毕后，将得到的沉淀物Fe3O4/g-C3N4收集，用去离子水和无水乙醇对产物进行洗涤，真空烘干，即得到二元复合光催化材料Fe3O4/g-C3N4；步骤3、制备三元复合光催化纳米反应器SiO2/Fe3O4/g-C3N4：将Fe3O4/g-C3N4磁性光催化剂加入到去离子水和乙醇混合溶液中搅拌均匀；然后加入十六烷基三甲基溴化铵CTAB、正硅酸乙酯和氨水并继续搅拌反应一段时间得到混合液B，最后将混合液B中得到的固体转移到索氏提取器中去除CTAB，得到三元复...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱志，于洋，康溯，逯子扬，霍鹏伟，闫永胜，李春香，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32